DE3720024A1 - Anordnung fuer eine magnetische fluessigkeitsdichtung - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft eine Anordnung für eine magnetische Flüssigkeitsdichtung mit einem magnetischen Kreis, in welchem ein Permanentmagnet zur Erregung dient, insbesondere für Systeme mit stehender Welle, und mindestens einem aktiven, mit magnetisch leitfähiger Flüssigkeit gefüllten Polspalt, den das Erregerfeld senkrecht durchsetzt, der durch eine stehende und eine um eine Achse rotierende Fläche begrenzt ist.

Der Polspalt ist der sogenannte Arbeitsluftspalt. Eine be­ grenzende Fläche rotiert, die andere steht. Im Falle einer rotierenden Welle ist die rotierende Fläche sehr groß, d. h. axial lang (Rotationsachse = Wellenachse), und die stehende Fläche ist axial kurz und relativ klein; im Falle einer stehen­ den Welle ist die stehende Fläche groß (weil die stehende Welle axial baut) und die rotierende Fläche klein (weil sie axial kurz baut). Die jeweils axial kurz bauende Fläche kann auch als Polschuh bezeichnet werden.

Die axial länger bauende Fläche kann selbstverständlich auch eine zylindrische Führungsfläche, z. B. für einen Kugellager­ sitz, sein. Der Polschuh ist also z. B. eine relativ dünne gestanzte, weichmagnetische Scheibe. Der Polschuh kann auch eine permanentmagnetische, in radialer Richtung magnetisierte, z. B. gesinterte Scheibe sein. Die räumliche Gestalt des Pol­ schuhs muß nicht scheibenförmig sein. Der Polschuh kann also aus dem Magnetpolring selber bestehen und ist dann ein Material hoher Remanenz.

Zwischen der rotierenden und stehenden Fläche wird durch das Feld, das durch diesen Arbeitsluftspalt oder Polspalt oder eben den Luftspalt zwischen rotierender und stehender Fläche gebildet wird, durchsetzt und die magnetisch leitende und elek­ trisch schwach leitende Flüssigkeit eingebracht. Durch die Feldkräfte in diesem Arbeitsluftspalt oder Polspalt wird diese Flüssigkeit dort gehalten, auch wenn beiderseits desselben er­ heblicher Druckunterschied besteht.

Bekannte Anordnungen der eingangs genannten Art bestehen oft aus ein oder zwei ebenen Scheiben und einem zwischen diesen liegenden axial magnetisierten Permanentmagnet. Die beiden Scheiben bestehen aus magnetisierbarem Material und bilden je einen Polschuh für je einen Luftspalt. Mindestens der Spalt zwischen einem Polschuh und einer Welle wird mit einer magne­ tisch leitenden Flüssigkeit gefüllt und dichtet somit einen über der Dichtung liegenden Raum von einem unter der Dichtung leigenden Raum ab (Fig. 1).

Üblicherweise ist eine solche magnetische Dichtung in einem Mo­ tor so eingebaut, daß die drehende Welle den magnetischen Rück­ schluß über die beiden Polschuhe bildet und diese somit nicht rotieren.

Es gibt aber auch Systeme, wo es vorteilhaft ist, die Welle stillstehen zu lassen. In diesem Falle muß die Dichtung, d. h. müssen die Polschuhe, rotieren (Fig. 2).

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Anordnungen der oben genannten Dichtungen zu vereinfachen.

Die Lösung ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angege­ ben.

Die erfindungsgemäße Dichtung ist im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen dieser Art einteilig ausgebildet, ist dadurch in der Bauhöhe kompakter und billiger zu fertigen. Durch die axial verkürzte Fläche des Polschuhs im Bereich des magnetisch wirk­ samen Luftspalts wird die Flüssigkeitsreibung verringert und zu­ dem magnetisch leitende Flüssigkeit (Dichtflüssigkeit) einge­ spart.

Die einteilige Ausführung erspart zusätzliche Nacharbeit gegen­ über den bekannten Dichtungen, deren Bauteile noch zueinander fixiert werden müssen.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin­ dung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, sowie aus den ab­ hängigen Patentansprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1: einen Schnitt durch eine bekannte Anordnung einer Dichtung mit "rotierender" Welle,

Fig. 2: einen Schnitt durch eine bekannte Anordnung einer Dichtung mit stehender Welle,

Fig. 3: einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung einer Dichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 4: einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,

Fig. 5: einen Schnitt durch den Polring gemäß Fig. 3,

Fig. 6: einen Schnitt durch den Polring gemäß Fig. 4.

Gleiche oder gleichwirkende Teile werden in nachfolgenden Figu­ ren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nur einmal beschrieben. Die Ausdrücke oben, unten beziehen sich auf die Darstellung in der jeweiligen Figur.

Fig. 1 zeigt eine Welle 1 (beispielsweise eines Elektromotors), die in einem Lager 2 läuft. Das Lager 2 (Wälzlager oder Gleitla­ ger) ist in einem Lagertragteil 3 befestigt. Oberhalb des Lagers 2 ist eine Dichtung 4 im Lagertragteil so eingebaut, daß der über dieser liegende von dem unter dieser liegenden Raum abgedichtet wird. Die Dichtung 4 besteht aus einem Perma­ nentmagnetring 5, beidseitigen Polschuhen 6 und einer Flüssig­ keit mit magnetischer Leifähigkeit, die im Polspalt 7 zwischen den Polschuhen 6 und der Welle 1 eingebracht ist.

In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Welle 1 feststeht und das Lagertragteil 3 mitsamt der Dichtung 4 rotiert. Die übrigen Teile sind bereits in Fig. 1 beschrieben.

Der im Oberbegriff verwendete Ausdruck "stehende Welle" bedeutet, daß dasselbe Teil als Welle (rotierend) als auch als Achse (feststehend) verwendet werden kann und "... die um eine Achse rotierende Fläche ..." bedeutet hier die geometrische Achse.

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit der Welle 1, auf der eine Dichtung 20 angebracht ist. Die Dichtung 20 besteht aus nur einem Teil, das als Polring 25 ausgebildet ist. Die radiale Abmessung des Dichtspaltes beträgt etwa 0,1 mm. Die Dichtflüssigkeit ist elektrisch und magnetisch leitend. Der Polring 25 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Magnetmaterial hoher Remanenz, wodurch im eingebauten, gefüll­ ten Zustand eine bedingt druckfeste Dichtung und elektrisch schwach leitende Verbindung zwischen Welle und Rotor entsteht. Die Übergangswiderstände in der Größenordnung von 10 kΩ bis 1 MΩ (je nach Bauform, Füllgrad, Materialeigenschaft der lei­ tenden Dichtflüssigkeit) reichen aus, um statische Aufladungen, wie sie z. B. in Plattenantrieben durch Luftreibung entstehen, sicher abzuleiten. Der Polring 25 kann auch aus einem soge­ nannten Kunststoffmagnetmaterial bestehen. Insbesondere sind dazu kunststoffgebundene SmCo-Magnete oder andere mit hoher Remanenz gut geeignet. Zur Erzielung der elektrischen Ablei­ tung muß der Polring 25 einseitig metallisch bedampft werden mit einer Schichtdicke von etwa 0,5 bis 1 µm Kupfer oder Nickel.

Der Polschuh bzw. Polring kann auch als abgestufter Ring 35 aus­ gebildet sein (Fig. 4). Die Magnetisierung kann (wie auch beim Ausführungsbeispiel in Fig. 3) in radialer oder axialer Rich­ tung erfolgen.

In Fig. 5 und 6 sind die Polringe 25, 35 als Einzelteile noch­ mals dargestellt, und zwar in beiden Magnetisierungsrichtungen. Der Polring 25 ist in radialer und der Polring 35 in axialer Richtung magnetisiert, welches durch die Eintragung der Magnet­ pole N/S verdeutlicht wird.

Die axiale Magnetisierung hat den zusätzlichen Vorteil, daß kein Rückschluß über Motor- bzw. Lagerteile erfolgt und daß zwei benachbarte Magnetpole, axial im Luftspalt angeordnet, auch bei magnetisch schächerem Material hohe Feldstärken im Luftspalt (Polspalt 7) erzeugen können.

In den Fig. 3 und 4 sind nur Ausführungsbeispiele mit rotie­ render Welle dargestellt. Diese Ausführungen sind selbstver­ ständlich auch entsprechend umkehrbar (d. h. mit stehender Welle).

Claims (10)

1. Anordnung für eine magnetische Flüssigkeitsdichtung mit ei­ nem magnetischen Kreis, in welchem ein Permanentmagnet zur Erregung dient, insbesondere für Systeme mit stehender Welle, und mit mindestens einem aktiven, mit magnetisch leitfähiger Flüssigkeit gefüllten Polspalt, den das Erreger­ feld senkrecht durchsetzt, der durch eine stehende und eine um eine Achse rotierende Fläche begrenzt ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die eine (stehende oder ro­ tierende) gegenüber der anderen axial kurzen Fläche sich in Richtung des magnetischen Kreises (Flusses) als Querschnitt erweitert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die axial kurze, sich erweiternde Querschnitts­ fläche die eines zur Erzeugung des Flusses oder Feldes dienenden Permanentmagneten oder die eines weichmagnetischen Polschuhs (25, 35) ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Permanentmagnet ein in radialer Richtung magnetisierter Polring (25, 35) ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Polring (25, 35) nach An­ spruch 3 oder der Polschuh nach Anspruch 2 die axial kurze Fläche radial außen hat.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche (insbe­ sondere Anspruch 4), dadurch gekennzeichnet, daß die axial kurze Fläche nicht rotiert und ihr Körper auf einer stehenden Welle (1) aufsitzt, vorzugsweise axial unmittelbar neben einem den magnetischen Kreis mitbildenden Kugellager (2), wobei vorzugsweise die rotierende Fläche axial mindestens etwa so lang ist wie die axial maximale Breite des Körpers.

6. Anordnung nach Anspruch 3 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Polring (25, 35) nach An­ spruch 3 oder der Polschuh nach Anspruch 2 die axial kurze Fläche radial innen hat.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche (insbe­ sondere Anspruch 4, Anspruch 6), dadurch gekenn­ zeichnet, daß die axial kurze Fläche nicht rotiert und ihr Körper in eine Lagerbohrung eines Lagertragteiles (3) eingepaßt ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche (insbe­ sondere Anspruch 4), dadurch gekennzeichnet, daß die axial kurze Fläche rotiert und ihr Körper auf einer stehenden Welle (1) aufsitzt, vorzugsweise axial unmittel­ bar neben einem den magnetischen Kreis mitbildenden Radial­ kugellager (2), wobei vorzugsweise die rotierende Fläche axial mindestens etwa so lang ist wie die axial maximale Breite des Körpers.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der permanentmagnetische Polschuh als abgestufter Ring (35) ausgebildet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der abgestufte Ring (35) im Bereich des magne­ tisch wirksamen Polspalts (7) axial magnetisiert ist.